-
Verfahren zur Herstellung von Aluminium hoher elektrischer Leitfähigkeit
und großer Festigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumleichtmetallegierungen
hoher Festigkeit und großer elektrischer Leitfähigkeit sowie Herstellungsverfahren
zur Erzeugung insbesondere von elektrischen Leitungsdrähten o. dgl. aus diesen Verbindungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist in erster Linie, ein zur Erzeugung elektrischer
Leitungsdrähte geeignetes Aluminium herzustellen; das .sowohl eine hohe elektrischeLeitfähigkeit
als auch eine große Festigkeit hat.
-
Bisher mußten, wenn beabsichtigt war, elektrische Leitungsdrähte aus
Aluminium von mehr als 6o v. H. Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer.herzu,stellen,
besonders reine Aluminiumblöcke herausgesucht werden. Infolgedessen wurde die Herstellung
solcher Drähte sehr verteuert, denn besonders reine Aluminiumblöcke sind nur mit
großen Schwierigkeiten zu erhalten, und überdies sind die Herstellungskosten reiner
Aluminiumblöcke sehr hoch. Bekanntlich wird bei der Verarbeitung metallischer Abfälle
niemals reines Aluminium erzielt, das geeignet wäre; zu Drähten hoher elektrischer
Leitfähigkeit und ,großer Festigkeit verarbeitet zu werden. Die elektrische Leitfähigkeit
des Aluminiums wird durch - die - Gegenwart von Silicium, Eisen, Oxyden und anderen
Verunreinigungen stark herabgesetzt.
-
Das Verfahren nach der Erfindung besteht in der Hauptsache darin,
daß dem in einem Ofen im Schmelzen begriffenen Aluminium ein etwa 3 v. H. des Gewichtes
betragender Zusatz von geschmolzenem und getrocknetem Chlorcalcium und von Borax
zu gleichen Teilen beigegeben und beide Zusatzteile zusammen fein gemahlen und in
der Schmelzmasse- gleichmäßig verteilt werden, worauf denn, gereinigten Aluminium
etwa 2 - bis zo v. H. des Gewichtes Cerium zugesetzt wird.
-
Gemäß der Erfindung können an Stelle des Ceriums auch aus den Erzen
des Ceriums gewonnene Metalle, wie La-nthan, Yttrium; Didyme, Erbium, Terbium usw.,:
entweder allein oder vermischt zugesetzt werden, und zwar ebenfalls im Verhältnis
von z bis 1o v. H. des Gewichtes.
-
Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es ermöglicht; mit geringen
Kosten ein hochwertiges, zur Herstellung von elektrischen Leitungsdrähten geeignetes
Aluminium zu erzeugen, ohne dafür ein teueres Ausgangsmetall, nämlich ganz reines
Aluminium, benutzen zu müssen.
-
Es: ist bekannt, Borax und Calciumchlorid
in geringer
Menge. bei-in Schmelzen von . Aluminium als Flomittel zuzusetzen. Bei den -bekannten
Verfahren würden :aber diese Zusatzmittel nicht gemeinsam und auch nicht zu gleichen
Teilen zugesetzt.
-
Es ist weiter bekannt, Alttminiumverbindumgen Cerium zuzusetzen. -
Der Zusatz des Ceriun.s erfolgt aber hei' den bekanntem Verfahren nicht, nachdem
das Aluminium vorher durch Borax und Calciumchlorid gereinigt worden ist.
-
Die Erfindung liegt ferner in der Verwendung der in der angegebenen
Weise hergestellten Aluminiumlegierung als Seele eines Bimetalldrahtes, dessen äußere
Schicht raus einer vergütbaren Legierung hoher Festigkeit und großer Brinellhärte-besteht.
-
Zur Erzeugung von Gegenständen aus Aluminiumleichtmetallegierungen,
die sowohl eine hohe Bruchfestigkeit als auch eine gute Dehnung und einen genügenden
Torsions- und Biegewiderstand bei hoher elektrischer Leitfähigkeit haben, eignet
sich das nachstehende Verfahren: Zunächst reinigt man beispielsweise durch metallurgische
Verfahren, hergestellte Aluminiumbarren, die Eisen mit Silicium in wechselnder Menge
sowie - während der Elektrolvse des Metalls zwischen den Aluminiuinkristallen abgelagerte
Spuren von Kryolith enthalten. Die Reinigung erfolgt bei einer Temperatur von ungefähr
goo° bis rooo' C. indem dem Metall ein Schmelzmittel hinzugefügt wird, das aus =gleichen
Teilen Borax und geschmolzenem und getrocknetem Calciumchlorid zusammengesetzt ist.
Das Schmelzmittel wird äußerst fein zerrieben und gleichmäßig auf das Schmelzgut
im Verhältnis von 3 v. H. des Gewichtes verteilt, wobei das Schmelzen soweit wie
möglich unter Luftabschluß. erfolgt.
-
Dem - so gereinigten Aluminium wird Cerium zugesetzt, dessen Gehalt
von 2 bis ro v. H. des Gewichtes schwanken kann. An Stelle des Ceriums können allaaus
den Erzen des Ceriums gewonnenen Metalle, wieLanthan, Yttrium, Didyme, Erbium; Terbium
us-,v.; allein oder vermischt benutzt werden.
-
Die erhaltene Verbindung ist- von Eisen und Silicium, die die, gleichmäßige
Leitfähigkeit herabsetzen, und von Kryolith, durch das die Legierung sehr leicht
karradieren würde, bereit und hat besonders gute mechanische Eigenschaften, namentlich
eine erhöhte Bruchfestigkeit, eine hohe Dehnung und eine ge-
nügende
Geschmeidigkeit, um selbst ein häufiges Winden öder Biegen des , Drahtes ohne Bruch
zu ermöglichen. -Trotz der Anwesenheit dieser Metalle im. Aluminium nähert sich
die elektrische- Leitfähigkeit einer solchen Verbindung merklich derjenigen des
reinen: Aluminiums. Diese Legierung ist außerdem nicht so leicht der Korrosion ausgesetzt
#"vie all die bekannten Aluminium-Silicium-Magnesium- oder Aluminium-Kupfer, Legierungen.
-
Diese besonders: zur frerstellung elektrischer Leitungsdrähte bestimmten
Aluminium-Cerium-Leg:erungen können unter den gleichen Bedingungen wie Drähte aus
reinem Aluminium gewalzt und gezogen werden. Ihre Festigkeit nimmt mit dem Gehalt
an Cerium o. dgl: zu und ist bei einem Verhältnis von v.: H. Cerium und g$ v. I3.
Aluminium uni mehr als 5o v. H. höher als die eines Drahtes aus reinem Aluminium,
obgleich die elektrische Leitfähigkeit eines so hergestellten Drahtes fast nicht
abnimmt: Diese Drähte können vollständig aus einer derartigen Legierung hergestellt
werden, können jedoch auch aus einem Bimetall bestehen, besonders in dein Falle,
wenn die Herstellung eines Erzeugnisses beabsichtigt ist, das bei vollständiger
Homogenität eine höhe Festigkeit und eine große Brinellhärte hat und dessen Seele
weich und dehnbar ist, sich hinreichend biegen und winden läßt, und das trotzdem
als Ganzes eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Die Seele der Drähte besteht
dann aus einer Aluminium-Cerium-Legierung o@. dgl. und die äußere Schicht aus einer
anderen vergütbaren Aluminium-Legierung, z. B. einer Aluminium-Silicium-\-Tägnesium-
oder Aluminium-Kupfer-Legierung.-Die Herstellung- solcher - Drähte aus Bimetall
geschieht in folgender Weise: In einer gewöhnlichen Kokille, deren Abmessungen den
Rillen des verfügbaren Wälzwerkes angepaßt sind, wird vor dem Gießen des Barrens
ein Stab von der Länge der Kokille beifestigt, der vorher aus einer Aluminium-Cerium-Legierung
hergestellt wird und gewalzt oder ungewalzt einen kleineren Durchmesser als die.
Kokille sowie einen Rauminhalt von beispielsweise etwa 2o v. H. oder mehr von dem
der Kokille hat. Dieser vorgewärmte und gebeizte Stab wird in der Richtung der Längsachse
der Kokille in einer mittleren Aussparung in der Rolle des Bodens oder; wenn keine
Rollen vorhanden sind, in ; der Kokille selbst, und zwar in einer Aussparung der
Kokille befestigt, damit er während. des Gießens des Barrens in seiner Läge gehalten
wird. Der Barren, besteht aus einer AIumi.nium-Silicium-Magnesium- oder - Aluminium-Kupfer-Legierung,
die den Stab um-.gibt und in der das Zusatzmetall, wie Magnesium, Silicium und Kupfer,
nur iii verhältnismäßiggeringen, jedoch solchen'Mengen enthalten ist, daß die Legierung
durch das Vergüten fest wird.
-
Beispielsweise kann eineAluminium-Legierung
benutzt
werden, -die o, 5 v. H. Magnesium, 0,5 v. H. Silicium und o,5 v. H. Bor enthält.
Durch die Anwesenheit des Bors ist die Aluminium -1\Tagnesiun@ - Silicium - Legierung;
oder dieAluminium-Kupfer-Legierungwenig er leicht der Korrosion ausgesetzt wie reines
Aliitiiinium, und der Draht erhältbeim Härten eine größere Festigkeit, ohne daß
seine elektri--clie Leitfähigkeit verringert ist.
-
Die beiden den Draht bildenden Metalle verbinden sich beim Gießen
fest miteinander: Nach dem Herausnehmen aus der Kokille wird das Ganze so lange
warm gewalzt, bis der Durchmesser etwa 15 mm ist. Das so erhaltene Stück wird einer
Wärmebehandlung ausgesetzt, um ihm den @ Höchstbetrag an Brinellhä rte zu verleihen,
ohne zu einer Lösung der Siliciumkristalle Anlaß zu geben, die für die Magnesium-Silicium
oder Kupfer-Magnesium enthaltenden Aluminium-Legierungen kennzeichnend ist und sich
sonst bei der Temperatur der Umgebung vollzieht, nachdein das Härten bei bestimmten
Temperaturen erfolgt ist.
-
\? ach dem Härten ohne Lösung erfordert das Nestwerden bei der Raumtemperatur
eine Erhitzung auf eine verhältnismäßig hohe, etwa bei 6oo° C liegende Temperatur.
Bei dieser Temperatur zerfallen die obengenanuten Verbindungen und werden brüchig.
Dies wird dadurch verhindert, daß .der mittlere Teil des Drahtes aus seiner Aluminium-C
er ium-Legierung o, dgl. hergestellt wird, die einen höheren Verfestigungspunkt
hat als die anderen Legierungen.
-
Die Behandlung, der die Bimetalldrähte während der Herstellung unterworfen
sind, erleichtert die Wärmebehandlung und verringert die Abfälle auf ein Mindestmaß.
-
Nach der @ Wärmebehandlung erfolgt das Ziehen. Der Durchmesser des
herzustellenden fertigen Drahtes. bestimmt dabei die Abines:sungen des Ouerschnittes
des gewalzten Stückes. Im allgemeinen wird das Walzen unterbrochen, wenn das Stück
einen Durchinesser hat, der ungefähr viermal größer ist als der des herzustellenden
Drahtes.
-
Auf diese Weise hergestellte Drähte haben eine Festigkeit von ungefähr
45. kg/mm- bei einer Dehnung von 4 v. H. und einer Dichte von ungefähr 2,7_ Die
elektrische Leitfähigkeit solcher Drähte beträgt 55, wenn die Leitfähigkext des
Kupfers gleich ioo gesetzt wird. Diese Werte wurden an Hand - -3n nach denn Verfahren
nach der Erfindung lrgestellten Probestücken ermittelt.
-
Zum Vergleich sei noch angegeben, daß Aluminium üblicher Handelsqualität
im Vergleich zu Kupfer eine elektrische Leitfähigkeit von 59 v. H., reines Aluminium
-eine Leitfähigkeit von 62 v. H. hat.
-
Nach dem Glühen auf etwa z65° bis iSo° C sinkt die Bruchfestigkeit
auf 42 kg/min2, die Dehnung steigt .auf S v. H., und die elektrische Leitfähigkeit
wird etwa gleich -56.
-
Die Erfindung ist auf die beschriebenen Verfahren und Anwendungsbeispiele
nicht beschränkt, sondern umfaßt auch @ alle im. Rahmen der Erfindung liegenden
Änderungen.